Wir und die Viren - Eine komplexe Beziehung

Über viele hundert Millionen Jahre hat sich die Beziehung von Lebewesen und Viren im Lauf der Evolution entwickelt. Ohne den Einfluss der Viren gäbe es kein Immunsystem und schon gar keine Menschen. Neuartige Impfungen versuchen nun in diese evolutionäre Arbeit einzugreifen und wollen das für schwach gehaltene Immunsystem aufrüsten.

Evolutionäre Schönheit (Foto: Anna Leask)

Viren befallen fremde Zellen, und schmuggeln ihre eigene Bauanleitung in deren Genpool ein. Sie benutzen die Zelle also als Hilfsmittel zur eigenen Vermehrung. Manche Viren betreiben dieses Spiel so aggressiv, dass die gekaperten Zellen zugrunde gehen. Sie zwingen die befallenen Zellen bis zur Erschöpfung Unmengen von Kopien ihrer selbst herzustellen, bis die Wirtszellen ausgebrannt sind und absterben. Ein Beispiel dafür ist das Ebola-Virus, das nicht nur die Zellen der Leber und anderer Organe befällt, sondern auch Lymphknoten und Abwehrzellen des Immunsystems. Ein Großteil der Virenopfer stirbt rasch. Aus Sicht der Viren sind Menschen damit freilich ein Fehlwirt, da sie oft nicht mal lange genug leben, um die Viren weiterzugeben. Die meisten der bisher beobachteten Ebola-Ausbrüche waren deshalb auch schnell wieder zu Ende. 

Sparringpartner der Evolution

Die überwiegende Mehrzahl der Viren pflegt deshalb einen deutlich weniger radikalen aber wesentlich erfolgreicheren Stil. Besonders schlau machen es die rund 200 verschiedenen Erkältungsviren zu denen neben den Rhinoviren, Adeno- und Influenzaviren auch die Coronaviren gehören. Sie haben den Höhepunkt ihrer Verbreitung in der kalten Jahreszeit und nutzen als Eintrittspforte in den Organismus vorwiegend die Schleimhäute des Nasen- und Rachenraumes. Husten, Schnupfen, Heiserkeit sind die Folge. Entzündungen bilden sich, die Nase „läuft“ – und Unmengen frisch geschlüpfter Viren laufen mit, um sich neue Wirte zu suchen. Husten und Nies-Attacken verbreiten die Viren in der Umgebung. Die Viren verwenden das Immunsystem also gleichsam als Helfer bei ihrer Vermehrung.

Tatsächlich haben Viren und Immunsystem eine gemeinsame Vergangenheit, die bis in die Urzeit zurückreicht. Reaktion erzeugte schon immer Gegenreaktion – kein Lebewesen war als reine Virenfabrik überlebensfähig. Also musste der Einfluss der Viren beschränkt oder unterbunden werden. Aus dieser Aufgabe heraus bildeten schon die ersten Lebewesen ein primitives Abwehrsystem, das im Laufe der Evolution durch den Druck der Viren, später auch der Bakterien und anderer Einflüsse, ständig herausgefordert und ausgebaut wurde. Die heutigen hoch komplexen Mechanismen des Immunsystems, speziell seine Fähigkeit zu lernen und sich anzupassen, wären ohne die viralen Sparringpartner nicht denkbar.

Herbert W. Virgin, Professor für Immunologie und Mikrobiologie der University of Washington in St. Louis, verblüffte bei einem Festvortrag am Nationalen Gesundheitsinstitut der USA sein Publikum mit einer Auflistung recht bekannter Viren. Darunter solche Schreckgespenster wie Humane Papilloma Viren, HIV, Hepatitis B und C Viren, verschiedene Herpesviren, Cytomegalie-, Epstein Barr- und Varicella Viren. „Jeder von Ihnen hier im Saal beherbergt mindestens zehn von diesen Virenarten“, erklärte Virgin. „Und sie finden sich besser damit ab, denn sie werden diese Viren niemals los werden.“

In der Folge brachte Virgin althergebrachte Ansichten ins Wanken, indem er erklärte, dass Viren oftmals nicht von außen kommen, sondern immer schon da waren.  Es gibt tausende Virenarten, die nur als Spuren in unserem Erbgut existieren. Bei der Entschlüsselung des humanen Genoms wurden diese viralen Kontaminationen noch als „genetischer Junk“ abgetan. Die Viren schlafen dort als genetische Information und können – wie sich jetzt heraus stellt - jederzeit wieder erwachen.

Im Genom von Schafen finden sich beispielsweise 27 Kopien von Retroviren, die eng mit einem Virus verwandt sind, das bei den Tieren eine schwere Lungenkrankheit auslösen kann. An der Universität Glasgow wurde nun entdeckt, dass einige dieser schlafenden Viren Zugänge haben, über die sie aktiviert werden können. Die „Schläfer“ werden genau dann geweckt, wenn eine Infektion durch ihre wild lebenden „Geschwister“ droht. „Sie sind in der Lage, den Vermehrungszyklus der eindringenden Viren gleich an mehreren Stellen zu blockieren“, erklärt Massimo Palmarini, der Leiter der schottischen Forschungsgruppe. „Offenbar wurden die Viren im Lauf der Evolution aktiv ausgewählt, um den Schafen Schutz zu bieten.“ Mit dieser Aufgabe allein scheinen die Viren jedoch noch nicht ausgelastet zu sein. Weitere Versuche zeigten, dass weibliche Schafe, deren virales Erbgut ausgeschaltet wurde, keine Embryonen in der Gebärmutter einnisten konnten. Offenbar steuerten die viralen Gene also den Kontakt zwischen mütterlichem Organismus und Fetus. Mittlerweile ist bekannt, dass dies nicht nur für Schafe, sondern für alle Säugetiere gilt. Von Viren stammende Gene sind also für die Ausbildung der Plazenta unerlässlich notwendig.

Viren bilden ein ungeheures Reservoir an genetischer Information. Vor einigen Jahren wurden Informationsmoleküle identifiziert, die über Mikro-RNAs die Kommunikation zwischen den Zellen steuern. Diese so genannten Exosome steuern mehr als die Hälfte der menschlichen Gene und sie kommunizieren dabei ganz eng mit Viren. Genetische Information werden in beide Richtungen ausgetauscht. Virgin schaut aus seinem Büro im 28. Stock auf ein belebtes Innenstadtviertel. „Stellen Sie sich vor, die anderen Wolkenkratzer sind Zellen. Dann sind diese gelben winzigen Vehikel da unten die Transportmoleküle“. Er zeigt auf zahlreiche Taxis in den Straßen. „Nun wissen Sie, wie stark das Mikroskop sein muss, um drauf zu kommen, dass es in diesen Vehikeln auch nochmal eigene Lebensformen gibt, die miteinander kommunizieren.“

In zahlreichen Experimenten ist Virgins Team der Nachweis gelungen, dass die Anwesenheit von Viren vor dem Ausbruch verschiedenster Krankheiten schützt.  Derzeit sind sie dabei, die genauen Mechanismen zu klären. Und dabei verschwimmen – auf genetischer Ebene – alle Grenzen zwischen dem was wir einst so simpel als fremdes und eigenes Gewebe getrennt hatten. 

Und möglicherweise ist dies auch ein Schlüssel zum Verständnis der Influenza. Denn mittlerweile gibt es unzählige Hinweise, dass es Anstöße aus der Umwelt braucht, um Viren zu aktivieren. Dass beispielsweise Licht- und Vitaminmangel ausreichen, um körpereigene schlafende Viren aufzuwecken. Dies würde auch erklären, warum die Grippe an weit voneinander entfernten Orten gleichzeitig in unzähligen Menschen ausbrechen kann.

Als Herbert Virgin in seinem Vortrag am NIH zum Ende kommt, meldet sich eine Zuhörerin mit einem Handzeichen. „Ist das nicht alles schrecklich kompliziert“, fragt sie. „Ja sicher“, antwortet Virgin. „Aber das ist nicht meine Schuld.“

Göttlicher Zufall

Viren sind die am meisten unterschätzten Mikroorganismen. Während bei Bakterien die Aufarbeitung der Arten in vollem Gange ist, steckt unser Wissen über Viren noch ganz am Anfang. In Meeren etwa finden sich zehnmal mehr Viren als zelluläre Organismen. „Jede einzelne Spezies hat zahlreiche auf sie spezialisierte Viren“, erklärt Patrick Forterre, Direktor der Abteilung für Mikrobiologie des Pariser Pasteur-Instituts. Forterre zählt zur Minderheit jener Wissenschaftler, die Viren für Lebewesen halten. Er bezweifelt die Lehrbuch-These von Viren als „Taschendieben“, die sich aus den Zellen Erbgut klauen und damit selbstständig machen. Die umgekehrte Variante sei biologisch wesentlich plausibler. „Nahezu 20 Prozent unseres Genoms haben eindeutig viralen Ursprung.“ 

Im Lauf der Evolution hätte es einen gewaltigen Nachteil bedeutet, parasitäre Mikroben, die nur ihren eigenen Vorteil bedienen, in lebendige Systeme einzubinden. Stattdessen wurde die Bildung von Symbiosen klar bevorzugt. Organismen, die es nicht schafften, sich mit ihren Mikroben abzustimmen, starben aus.

Offenbar herrschte in den Ur-Ozeanen bei der Evolution des Lebens ein reger Tauschhandel. Anstatt bestimmte Techniken selbst zu erfinden, wurden einfach Viren oder Bakterien eingebürgert, die besondere Fähigkeiten mitbrachten. Als im Meer treibende Einzeller Bakterien schluckten, die Photosynthese beherrschten, war das der Startschuss für die Evolution der Pflanzenwelt. Und auch die Fähigkeit mancher Bakterien zur Energiegewinnung bot den Zellen Vorteile. Wie neuere Forschungen zeigen, waren es Viren, die den Zellen bei dieser Einbürgerung halfen. 

Für Forterre und sein Forschungsteam am Pasteur-Institut standen die Viren ganz am Anfang des Lebens. „Der Konflikt zwischen zellulären und viralen Organismen war der zentrale Motor der biologischen Evolution.“ Ohne den Einfluss von Viren gäbe es demnach die ganze Menschheit nicht. Viren trieben die Entwicklung stets voran, auch wenn sie selbst nie wussten, wohin es gehen sollte. Doch gerade die Eigenschaft, ihre Gene wie ein Kuckucksei in fremdes Erbgut einzuschleusen und so über Versuch und Irrtum im gekaperten Genom Reproduktionsfehler, Mutationen und sonstige Zufälle zu fördern, machte die Herausbildung höheren Lebens möglich. 

Aber nicht nur ihre Eigenschaft als Quälgeister machte evolutionär gesehen Sinn, auch ihre Struktur war von Nutzen. Aus der viralen Welt stammen viele Neuerungen, die an Zellen weitergegeben wurden. Viren schafften es beispielsweise, die Erbsubstanz DNA so zu verändern, dass es möglich war, wesentlich längere und größere Biomoleküle zu bilden. Die bekannte Struktur der DNA als Doppelhelix war demnach eine Erfindung von Viren. Auch dass unsere Zellen heute einen Kern haben als „Hirn“ und Schaltzentrale, ist durch die Eingliederung viraler Bestandteile gelungen. 

Begriffe wie „gut“ und „böse“ spielten in der Entwicklungsgeschichte des Lebens ohnehin nie eine Rolle: Was taugte und Vorteile bot, wurde verwendet, der Rest ging unter. „Aus evolutionärer Sicht kann man mit einigem Recht behaupten“, bringt Forterre es auf den Punkt, „dass Viren bei der Entstehung des Lebens die treibende Kraft waren. In gewisser Weise nahmen sie die Rolle von Gott ein.“

Die Arbeit des Immunsystems

Einer der Strategien, der viralen Gefahr wirksam zu begegnen, erwies sich als evolutionärer Kunstgriff: Die Zellen der Lebewesen begannen nämlich damit, auf ihrer Oberfläche alle Moleküle anzuzeigen, die in ihrem Inneren produziert werden. Dieser "Zell-Ausweis" wird von den patrouillierenden Immunzellen regelmäßig kontrolliert. Und solange es sich bei den angezeigten Substanzen um normale Stoffwechsel-Produkte des eigenen Organismus handelt, ziehen die Immunzellen weiter. Wenn die Zelloberfläche jedoch verdächtige Aktivitäten anzeigt - dass im Zellinneren beispielsweise virale Proteine produziert werden - geben die Immunzellen Alarm und zerstören alle derart befallenen Zellen. 

Wenn die Auslöser dem Immunsystem unbekannt sind, werden sie in die Lymphknoten oder die Thymusdrüse gebracht und dort werden die Informationen gespeichert und verarbeitet. Killerzellen der Immunabwehr reagieren fortan mit sofortigen Attacken, wenn Viren oder infizierte Zellen gesichtet werden. Gleichzeitig werden Antikörper erzeugt, die milliardenfach im Blut zirkulieren.  Sobald neue Viren eindringen, werden sie von den Antikörpern angegriffen und meist auch neutralisiert. Antikörper heften sich zudem an infizierte Zellen und markieren diese als Angriffsziel für Fresszellen des Immunsystems. 

Ein weit verbreiteter Irrtum besteht in dem Glauben, dass die Viren daran schuld sind, dass es uns während einer Infektionskrankheit schlecht geht. Es ist jedoch immer die Immunreaktion, die bei den betroffenen Personen die Krankheitssymptome auslöst. Eine Immunreaktion ist für den Organismus extrem aufwändig, weil Milliarden von Zellen dafür mobilisiert werden müssen. Im Zuge der Immunreaktion erzeugt das Immunsystem laufend Entzündungen, um das Gewebe aufzuschwemmen und besser zugänglich zu machen. Auch dies dient der Jagd nach Keimen und infizierten Zellen.

Oft kommt Fieber dazu. Auch diese Reaktion wird vom Immunsystem eingeleitet, indem es die Hypophyse im Zwischenhirn beauftragt, die Temperatur zu erhöhen. Zweck ist es, bessere Arbeitsbedingungen zu schaffen und die eingedrungenen Viren zu schwächen. (Das Fieber künstlich zu senken ist demnach ähnlich produktiv, wie der Feuerwehr bei einem Löscheinsatz die Wasserzufuhr zu kappen.) 

Andererseits ist es auch das Immunsystem, das uns während einer Infektion töten kann. Die bei Corona-Infekten so gefürchtete zweite Phase der Krankheit beginnt, wenn das Immunsystem die Lunge der Patienten massiv attackiert, um Viren, die sich dort vermehren zu bekämpfen. Hierbei entstehen die bei Corona so gefürchteten Lungenschäden. Und hieraus entspringt die kritische Phase, welche den gesamten Kreislauf der Patienten massiv belastet und akute Lebensgefahr bedeutet.

Das Wirkprinzip der Impfungen

Die Impfungen versuchen im Prinzip, dieselben Immunmechanismen zu aktivieren wie das auch eine echte virale Infektion machen würde, dabei aber gleichzeitig schwere Verläufe der Infektion möglichst zu vermeiden. 

Die meisten Nebenwirkungen der Impfung entspringen demnach ebenfalls den Aktivitäten des Immunsystems. Das können die typischen Zeichen eines banalen Infekts mit Fieber, Abgeschlagenheit und Gliederschmerzen sein. Wenn die Symptome mild bleiben, zeigen sie im Prinzip an, dass die Impfung funktioniert. 

Es gibt verschiedene Mechanismen, wie Impfungen arbeiten. Und alle diese Mechanismen haben ihre Vor- und Nachteile. 

In der Pionierzeit des Impfwesens waren diese Ansätze noch recht banal: 

• Für Lebendimpfungen wurden lebende Erreger, die mit verschiedenen Methoden abgeschwächt wurden, verwendet. Diese Impfungen funktionieren im Prinzip wie die eigentliche Infektion - doch wesentlich schwächer. Auf Basis der Lebendimpfungen gelangen die großen historischen Erfolge des Impfwesens wie die Ausrottung der Pocken sowie der Schutz vor Polio oder Masern. 
• Alte Totimpfungen wie die Tollwut-, die FSME- oder die Keuchhusten-Impfung enthalten Viren oder Bakterien, die zuvor abgetötet wurden - meist mit Hilfe von Formaldehyd. Weil das Immunsystem auf abgetötete Keime aber kaum oder gar nicht reagiert, brauchen diese Impfungen Wirkverstärker, so genannte Adjuvantien. In den meisten alten Impfungen dieser Art werden dafür Aluminium-Verbindungen verwendet. Ihre Aufgabe ist es, das Immunsystem zu schocken, so dass es eine Immunreaktion einleitet und dabei auch die toten Wirkstoffe findet und "ernst nimmt". Die Corona-Impfstoffe enthalten nur vereinzelt solche Alu-Zusätze. Beispielsweise die beiden chinesischen Covid-Impfstoffe Sinovac und Sinopharm, die am ehesten noch den alten Impfungen entsprechen. 

Moderne Impfstoffe werden heute fast ausnahmslos mit Hilfe der Gentechnik hergestellt. Ob es sich dabei um Lebend- oder Totimpfstoffe handelt ist gar nicht mehr so leicht zu sagen.

Für jene, die sich über die Wirksamkeit und Sicherheit der aktuellen SARS CoV-2 Impfungen interessieren, habe ich eigenständige Artikel geschrieben, die hoffentlich eine informierte Entscheidungsfindung erleichtern. 

PS: Wenn Ihnen dieser Blog interessant und wichtig erscheint, würde ich mich über einen kleinen Beitrag zu meiner Arbeit sehr freuen.

Bert Ehgartner steht auch für Vorträge, Filmvorführungen, etc. zur Verfügung. 
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